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LANGFRISTIGER PRODUKTERFOLG DURCH NACHHALTIGE MATERIALENTWICKLUNG | Durch innovative Materialien und Dienstleistungen können Unternehmen entscheidende Wettbewerbsvorteile für ihre Produkte schaffen. Aufgrund von zunehmenden Regularien und steigender Nachfrage erhält die Nachhaltigkeitsperspektive dabei eine immer größere Bedeutung. Um das Potenzial von nachhaltigen Materialinnovationen langfristig komplett auszuschöpfen, ist es essenziell, dass Unternehmen ihre Produkte bereits während der Entwicklung nachhaltig und zielgerichtet – unter Einbeziehung des Menschen beim Denken, Gestalten und Handeln in die Innovationskreisläufe – gestalten.

QUALITÄTSSICHERUNG UND GALVANISCHE KUNDENLÖSUNGEN FÜR IMPLANTATMATERIALIEN | Viele Eigenschaften von Implantatmaterialien, z. B. die Biokompatibilität, die Zelladhäsion, das Benetzungsverhalten und Korrosion, hängen im hohen Maß von der chemischen und der morphologischen Struktur der Oberfläche ab. Mithilfe von Qualitätssicherungskonzepten zur Bewertung der Oberflächeneigenschaften ist es möglich, detaillierte Kenntnisse über diese zu gewinnen; so können mögliche gesundheitliche Schäden vermieden werden. Das Fraunhofer IFAM unterstützt hierbei und kann mit seinen umfangreichen Kenntnissen in der Oberflächentechnik (bspw. auch in der Nasschemie) u. a. innovative prozessorientierte Entwicklungskonzepte zur Verbesserung der Eigenschaften von Implantatmaterialien erstellen.

Dichtmassen sind unverzichtbar im Flugzeugbau und anderen Bereichen des Transportsektors. Sie schützen vor Korrosion, dienen als Verbindungstechnik und tragen zur Verbesserung aerodynamischer Eigenschaften bei. Die zuverlässige Aushärtung der Dichtmassen ist entscheidend für die Qualität und Sicherheit der fertigen Bauteile. Bislang wird diese jedoch ausschließlich mit genormten Laborverfahren stichprobenartig geprüft – eine direkte, prozessbegleitende Qualitätskontrolle gibt es nicht.

Windparks werden im Mix der erneuerbaren Energien einen erheblichen Anteil übernehmen. Für einen nachhaltigen Betrieb von Windenergieanlagen sind innovative und kostenoptimierte Wartungs- und Instandhaltungskonzepte gefragt. Drohnen spielen hier zukünftig eine wichtige Rolle. Das Fraunhofer IFAM entwickelt und validiert Komponenten, Systeme und Verfahren, um zuverlässige Missionen mit sogenannten Unmanned Aircraft Systems (UAS) im Offshore-Bereich zu realisieren.

WIE KANN MAN DROHNEN UND MOBILE ROBOTER FÜR INSPEKTION, WARTUNG UND REPARATUREN EINSETZEN? | Ob Fassadeninspektion eines 20-stöckigen Hochhauses oder Reparatur eines Windkraftflügels – für manche Aufgaben der Qualitätssicherung ist der Mensch einfach nicht gemacht. Drohnen oder mobile Robotik im Allgemeinen können diesen gefährlichen Einsatz vom Menschen übernehmen. In Zukunft werden sie sich mehr und mehr als Werkzeug einsetzen lassen und besitzen dabei das Potenzial, ihre Aufgaben vollständig autonom durchzuführen. Das Fraunhofer IFAM untersucht unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten von unbemannten Luft- und Unterwasserfahrzeuge in der Qualitätssicherung – ob in der Inspektion, Wartung oder Reparatur.

Die Herausforderungen und Lösungen zur Nutzung von Drohnen in industriellen, universitären und zivilen Bereichen benötigen eine geordnete und koordinierte Nutzung des entsprechenden Luftraumes. Um dies zu ermöglichen, wird ein Reallabor auf der Basis der Durchführungsverordnung EU-2021/664 geplant: In Anlehnung an die U-Space-Konzepte soll ein integrativer Luftraum für die bemannte und unbemannte Luftfahrt erschaffen werden

Das Verbundvorhaben SafeUAVnav verfolgt das Ziel, die Präzision, Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Eigenlokalisierung und Navigation von unbemannten Luftfahrzeugen (UAV) auch in Umgebungen sicherzustellen, in denen satellitengestützte Navigationssysteme (GNSS) gestört oder nicht verfügbar sind. Durch die Entwicklung und Integration eines Multi-Hybrid-Sensorsystems, das die Komponente Inertialmesssystem mit optischen, funkbasierten und weiteren Lösungen kombiniert, sollen neue Standards für die sichere Navigation von UAVs gesetzt werden.

Die Umrüstung bestehender Dieselaggregate auf Wasserstoff stellt neue Anforderungen an die eingesetzten Werkstoffe und Komponenten. Fraunhofer IFAM und ScanDiesel untersuchen, wie Wasserstoff Materialien schädigt und wie innovative Schutzbeschichtungen die Lebensdauer und Zuverlässigkeit wasserstoffbetriebener Verbrennungsmotoren verbessern können.

Die Windenergie stellt eine wichtige Säule für die Energiewende dar. Dabei spielt der Ausbau der Offshore-Windenergie auf Nord- und Ostsee eine zentrale Rolle. Die Offshore-Windenergieanlagen sind jedoch extremen Witterungsverhältnissen ausgesetzt. Diese führen in Kombination mit Regenerosion bzw. Partikelabrasion zu Beschädigungen an den Beschichtungen der Blattvorderkanten der Rotorblätter und stellen dort einen der häufigsten Gründe für Ertragsverluste und Reparaturen dar. Das Verbundprojekt MARiLEP hat das Ziel, eine deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit bzw. der Nutzungsdauer im Bereich der Vorderkantenbeschichtungen von Windenergieanlagen zu erreichen.

Lackierprozesse sind entscheidend, um Produkten spezifische Oberflächeneigenschaften zu verleihen. Während in der Serienproduktion die Lackierung überwiegend automatisiert erfolgt, wird der Lackauftrag bei kleinen Losgrößen manuell vom Mitarbeitenden ausgeführt. Die Beschäftigten sind dabei großen körperlichen Belastungen ausgesetzt. Schutzkleidung und Atemschutz sind aufgrund gesundheitsschädlicher Lackbestandteile unerlässlich und ungünstige Körperhaltungen, wie das Lackieren über Kopf, stellen zusätzliche Herausforderungen dar. Zudem ist dieser Handarbeitsprozess sehr kostenintensiv. Im Projekt MemoLaRo soll daher ein zukunftsfähiger Lackierarbeitsplatz gestaltet werden, der eine signifikante Verbesserung der Arbeitsbedingungen für Mitarbeitende darstellt. Ziel ist es, unterstützende Lackierroboter zu entwickeln, die mithilfe von Sensorsystemen und automatisierten Lackierprogrammen Baugruppen effizient lackieren können.

Die ressourcenschonende und umweltfreundliche Transformation der globalen Schifffahrt vollzieht sich auf einer ganzheitlichen Ebene. Der Fokus liegt auf der signifikanten Reduktion von Emissionen. Doch nicht nur was als Rauch durch den Schornstein in die Luft aufsteigt, gilt es zu reduzieren. Das Fraunhofer IFAM arbeitet an alternativen Antriebssträngen, Fügetechnologien sowie biozidfreien Beschichtungskonzepten.

VERSTÄRKTE NUTZUNG ERNEUERBARER ENERGIEN DURCH FERNWÄRME | Für die Energiewende spielt das Thema Wärme eine große Rolle. Im Vergleich zu dezentralen Heizungsanlagen ermöglicht eine zentrale Wärmeerzeugung im Verbund mit einem Wärmenetz die Einbindung von erneuerbaren Wärmequellen und ist insbesondere in verdichteten Stadtgebieten eine kostengünstige Alternative. Die Planung und der Ausbau der leitungsgebundenen Wärmeversorgung hat eine entsprechend hohe Relevanz für die Energiewende.

Neue Forschungsinfrastruktur für die Energiewende: Das Fraunhofer IFAM schafft Validierungsumgebung für autonome Systeme im Offshore-Windpark. Ziel ist eine offene, industrieorientierte Testumgebung für autonome Technologien im Umfeld von Windenergieanlagen. Die neue Infrastruktur wird an den Standorten Bremen, Cuxhaven und Helgoland aufgebaut und soll Unternehmen, Forschungseinrichtungen und weiteren Akteuren aus dem Bereich Windenergie künftig einen niederschwelligen Zugang zu modernsten Test- und Validierungsmöglichkeiten in realitätsnahem Größenformat ermöglichen.

CO₂ verursacht nicht nur Emissionen – es kann auch zum Rohstoff werden. Genau hier setzt das Projekt „CO₂ Adhesive“ des Fraunhofer IFAM an. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie sich Kohlenstoffdioxid (CO₂) im Rahmen von Carbon Capture and Utilization (CCU) chemisch binden und für die Entwicklung nachhaltiger Klebstoffe nutzen lässt. Ziel ist es, fossile Rohstoffe teilweise zu ersetzen und neue Wege für eine ressourcenschonende Materialentwicklung zu erschließen – bspw. für Anwendungen in der Klebstoff-, Verpackungs-, Automobil- oder Elektronikindustrie.

PROJEKT »TRANSPORTATION IN CHARGE« | Im Projekt »Transportation in Charge« erarbeiten Expertinnen und Experten vom Fraunhofer IFAM Konzepte für die zukünftige Planung der Ladeinfrastruktur in Gewerbegebieten und Güterverkehrszentren. Ziel ist dabei, besser zu verstehen, welche Bedarfe an öffentlicher und privater Ladeinfrastruktur bestehen und mögliche Synergieeffekte durch eine gemeinsame Nutzung von Ladeinfrastruktur zu identifizieren und so eine effiziente Nutzung dieser kostenintensiven Infrastruktur sicherzustellen.

PROJEKT »PoroMIM«: EINFLUSS DER POROSITÄT AUF DIE SCHWINGFESTIGKEIT VON MIM-SINTERTEILEN | Der Metallpulverspritzguss (Metal Injection Moulding, MIM) ist ein etabliertes Verfahren zur Herstellung komplexer metallischer Bauteile in hohen Stückzahlen. Trotz hoher Präzision weisen die Bauteile jedoch aufgrund des Prozesses immer eine gewisse Restporosität auf, was die Auslegung und den Festigkeitsnachweis erschwert. Im Forschungsprojekt »PoroMIM« untersucht das Fraunhofer IFAM gemeinsam mit dem Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau der RWTH Aachen (IWM) den Zusammenhang zwischen Porosität und Schwingfestigkeit von MIM-Sinterteilen. Das Projekt hat zum Ziel, eine umfassende Wissensgrundlage aufzubauen, die den Zusammenhang zwischen Restporosität und mechanischen Eigenschaften beleuchtet, um MIM-Bauteile effizienter auszulegen und die Wirtschaftlichkeit zu steigern.

LEITFÄHIGE KOMPOSITE ZUR MEERWASSERENTSALZUNG | Meerwasser gibt es in rauen Mengen, Trinkwasser dagegen ist knapp. Entsalzungsanlagen können Meerwasser umwandeln, in diesen Anlagen sind jedoch Rohre aus Spezialstahl oder Titan verbaut. Thermisch leitfähige Kunststoffkomposite können alternativ für Wärmetauscher in Meerwasserentsalzungsanlagen eingesetzt werden, um teure und schwer beschaffbare Titanlegierungen zu ersetzen.

WIE LÄSST SICH GALVANISCHE KORROSION VERMEIDEN? | Die galvanische Korrosion oder auch Bimetallkorrosion (ehem. Kontaktkorrosion) ist kein neues Phänomen: Schon in der Antike wurde festgestellt, dass Kupfernägel, die zur Befestigung von Bleiblechen an Schiffsrümpfen verwendet wurden, schneller korrodierten. Doch obwohl dieses Phänomen seit Jahrhunderten bekannt sind, führt diese Korrosionsform immer wieder zu Schäden und Unfällen. Die Expertinnen und Experten des Fraunhofer IFAM können u.a. bei der Risikoabschätzung und der Auswahl von Schutzmaßnahmen unterstützen.

Das Fraunhofer IFAM verfolgt im Rahmen des Themenfelds der elektrischen Antriebe zwei Schwerpunkte: Erstens die Transformation der Entwicklungsprozesse und zweitens die fertigungstechnischen Innovationen für elektrische Antriebe.

Im Verbundprojekt »TrustME« – »ZerTifizierbaRe KI-AnwendUngen in Luftfahrt-ProduktionsSysTeMEn« bzw. »TRUSTworthy AI for Manufacturing and Engineering Processes« – entwickelt das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Stade gemeinsam mit Projektpartnern zertifizierbare künstliche Intelligenz- (KI-) Lösungen für die Flugzeugproduktion.